管道三维变形监测

一、方案背景

管道进行选线时，应尽量优先选择顺着地势坡度、顺应地形地貌的方向来敷设管道，比如沿着山脊或沿谷地等方向。避免在横坡的地方进行管道敷设，但由于地形和地物等条件的限制，在管道全线中可能会存在需要在横坡敷设的地方，横坡地段地形复杂，管道受基础沉降变形、环境变化等因素的影响，容易产生受弯变形。管道受弯变形监测是管道工程安全监测中最基础、最重要的监测内容之一。分布式光纤传感技术具有分布式、长距离、实时高精度等特点，已在管道工程领域有着广泛应用。基于分布式光纤的管道本体三维变形监测系统在管道外壁的三个方向上粘贴光纤，可以直接获得管道本体截面上的三点应变数据，从而能够计算出管道三维变形和截面受力状况，具有监测数据更全面、更准确的优势。GNSS技术是一个非常有效的形变监测技术，GNSS与其它传感器结合用于形变监测已形成了趋势，结合该技术可以更好对横坡敷设的管道变形进行监测。

二、方案概述

在横坡敷设段的管道3PE表面，采用一根光纤紧密粘贴在管道截面的3点、9点、12点方向，在管道长度方向上来回缠绕，通过和同沟敷设通信光缆中的两芯光纤相互熔接组成回路，接入分布式光纤应变监测主机，能够同时获得这三条光纤沿线的应变数据。采取此种方式可以直接测量管道的应变，通过三点应变采集的方式可以从截面上三点的应变数据得到这个截面的应力信息和这个截面中心点的挠度，从而测量管道的“三维变形”。

用于监测的光纤可以是紧套纤或者铠装结构的光缆。其中O段光纤可借助使用通信光缆中闲置光纤而不必额外铺设。在粘贴光缆时，用PP/PE胶水在光缆路径上点刷，将光缆通过点刷的胶水临时固定到管道表面，保持拉直和轻微绷紧，之后使用定制的环氧树脂胶均匀涂刷在光缆路径上。

系统的数据采集、分析和展示集中在云服务器的网站中，分为“企业管理”、“项目总览”、“项目管理”、“账户管理”、“3D模型”、“系统首页”、“应力分析”、“截面受理查询”、“预警管理”等页面。通过管道本体监测平台，管道安全的管理者能够及时、准确地掌握管道本体的状态、挠度及应力值。

软件功能：

1、具有数据手工录入、批量导入以及系统自动采集、数据导出、数据手工分析、数据自动分析、分析结果生成报告文档、数据存储、数据查询、报警显示和分级、多事件识别、图形用户界面、远程修改等功能；

2、能够以三维可视化模式展示管道任意截面的轴向应力、弯曲应力、管道上覆土压力分布，同时设置多种应力应变预警模式；

3、能够以三维可视化模式展示管道的三维变形特征，包括管道垂直向弯曲挠度和水平向位移，可设置弯曲挠度预警阈值；

4、能够连接第三方控制系统功能，支持虚拟化架构，支持中文操作界面,可人机交互；

5、能提供监测系统SDK软件开发包，并能满足二次开发。

此外，结合GNSS技术对横坡坡体进行监测，可以实时掌握横坡的瞬时变形情况，通过在横坡段布设几条地表位移监测断面，每条断面设置几个地表位移监测点，并在坡顶地基稳固地段布设1套基准站，可以观测斜坡地表变形情况。GNSS系统运行稳定，具有很高的稳定性，GNSS技术可以提供高精度的管道横坡监测数据，帮助用户及时了解管道的状态，预防意外事故的发生。

三、方案示意图

四、方案功能特点

1）可直接获得管道本体截面上的三点应变数据，监测数据全面、准确；

2）监测系统连续有效性高，可提供管道完整性危害的实时信息；

3）专有的监测软件确保对检测到的事件进行智能分析，建立有效的通信预警，并最小化误报；

4）同时具备光纤分布式的优点和截面三点式传感器直接测量和三维测量的优点。

5）结合GNSS技术，系统运行稳定，可靠性高，可以及时帮助客户发现横坡变形风险。

五、主要监测设备

1）长距离分布式光纤解调仪Vision DITEST

2）应变传感光缆SMC

3）GNSS地表位移监测站